Pasta Filata und Mozzarella – Teil I

 Ein Üblerblick über wichtige chemisch-physikalische Vorgänge, die die Schmelzbarkeit beeinflussen

Die globate Produktion von Käse betrug 2005 ca. 17.7 Mio, t In der Europaïschen Union (EU-25) wird die Käseproduktion mit ca. 8.5 Mio. T, in USA mit ca. 4 Mio. t und in der Bundesrepublik Deustschland mit ca. 2 Mio. ton geschätzt. Somit ist Deustschland nach den USA der zweitgrößte Käseproduzent der Welt. Die größte Wachstumsrate ist nach wie vor bei den so genannten Pasta-Filata-Käsen (Mozzarella und Pasta-Filata-Käsesorten einschl. »Pizza«-Käse) zu bezeichnen. In den letzten 5 Jahren stieg in der BRD diese Produktion von 0.081 Mio. t auf 0.153 Mio. t, was ein Waschstum pro Jahr von ca. 12.5% darstellt. Man schätzt die globale Pasta-Filata-Käseproduktion auf ca. 2.2 Mio. t; das Wachstum ist vor allem dadurch begründet, dass diese Käse eine breite Anwendung in der Food-Service und Lebensmittelindustrie – z.B. als »Topping« in Pizzas – finden.

Mozzarella und andere Pizza-Käse werden durch Gerinnung von Milch mit Lab und Milchsäurebakterien hergestellt. Direktansäuerung mit organischen Säuren wird auch von einigen Produzenten praktiziert. Danach erfolgt eine einzigartige Hitze- und mechanische Behandlung (ein Texturisierungsprozess, sog. Filatura), die den Käsen ihre besondere Textur, Elastizität und Schmelzbarkeit verleiht. Auf wichtige chemisch-physikalische Vorgänge, die bei der Pasta-Filata-Käsen-Herstellung stattfinden und Einen Einfluss auf die Schmelzbarkeit haben, wird in diesem Beitrag eingegangen.

Was ist unter Mozzarella und Pizza-Käse zu verstehen?

Pasta Filata stellt einen Namen für eine Familie von Käsen dar; die Käse haben ihren Ursprung in Italien, Griechenland, den Balkanländern, der Türkei und anderen osteuropäischen Ländern.

Der Name Mozzarella leitet sich von einem Schritt in der handwerklichen Herstellung in Italien bzw. aus einem italienischen Wort, »mozzatura«, ab, bei dem der Käse zu kleinen kugeln geformt wird. Streng genommen muss man als Mozzarella den Käse bezeichnen, der in Süditalien aus Büffelmilch hergestellt und unter dem Namen »Mozzarella di buffala Campana« verkauft wird. Wird der Käse aus Khmilch produziert, so wird erin Italien als »Fior de Latte« in den Verkehr gebracht. Beide Produkte sind sehr Frisch und weich, aber doch unterschiedlich, was auf den höheren Wassergehalt zurückzuführen ist.

Auf der anderen Seite kann man unter Pizza-Käse eine industrielle Art von Pasta-Filata-Käse mit einem niedrigeren Wassergehalt verstehen, der vor allen als Ingredienz für Pizzen hergestellt wird. Somit ist eine deutliche Differenzierung vom italienischen Mozzarella gegeben.

In den USA, der größte Pizza-Käse-Hersteller, werden verschiedene Sorten (»Whole milk, low-moisture, part-skim, low-moisture part-skim und individually quick frozen, pre-shreded Mozzarella«) produziert, die vor allem mit unterschiedlichen Fettgehalten angeboten werden:

In den USA werden die Käse mit dem niedrigen Wassergehalt (»low-mosisture«~47-48%) grundsätzlich als Zutat für Pizza und ähnliche Lebensmitteln verwendet. Bis 1964 wurde dort die Bezeichnung Pizza-Käse für »low-moisture Mozzarella« benutzt.

Der Herstellungsprozess

Milch für die Käseherstellung       

Die Abb.1. stellt sehr vereinfacht die verschiedenen Prozessschritte dar, um      Pasta-Filata-Käse herzustellen. Ihre Bedeutung für die Schmelzbarkeit des Produktes bei Pizza-Anwendung wird danach erörtert.

Die Standardisierung der Milch, vor allem was die Fetteinstellung und Erhitzung angeht, ist sehr wichtig für die Schmelzbarkeit des Käses. Die Milch soll so eingestellt werden, dass ein Fettgehalt von ca. 21-22 g/100 g Käse bzw. ~40-42% Fett in der Trockenmasse erreicht wird. Zuviel Fett im Produkt kann in Ausölung resultieren, zuwenig Fett in schlechte Schmelzbarkeit (oder gar Keine wie bei »non fat cheese«). Darüber hinaus beeinflusst der Fettgehalt auch die Schnittfestigheit des Käses.

Normalerweise wird eine Kurzzeiterhitzung angewandt, wobei die Milch mindestens 15 s bei 72 ºC erhitzt wird. Höhere Pasteurisierungstemperaturen sind nicht empfohlen, Weil sie bekanntlich die Denaturirung der Molkenproteine bzw. ihre Reaktionsfreudigkeit mit den Kaseinen erhöhen, was evtl. In einer erhöhten Labrückhaltung in Bruch und hohen Wassergehalt in dem Käse, mit ihrer unerwünschten Textur und Geschmackseffekten (z.B. Bitterkeit, Wasseraustritt) und auch in höheren Fettverlusten bei dem Filatura-Prozess, resulttieren kann.

Die Verwendung von homogenisierter Milch oder Sahne erhört die Weißfarbe des Käses. Darüber hinaus wird die Gefahr für die Bildung von freiem Fett - sog. Ausfetten oder Ausöllung – durch die verkleinerte Milchfettkügelchengröße reduziert. Die Viskosität des Käses nimmt auch zu. Die Schmelztemperatur des Milchfettes ist abhängig von dem kristallinen Zustand; sog. α-Kristalle schmelzen unter 20 ºC, β-Kristalle zwischen 20 ºCund 30 ºC und β-Kristalle >30 ºC. Veränderungen in dem Verhältnis zueinander beeinflussen den Zustand von fe4stem und flüssigem Fett, was Auswirkungen auf die Schmelzbarkeit des Käses haben kann.

Experimente (Dr. Everett, Australien), durchgeführt mit niedriger und höher schmelzender Fraktion, homogenisiert bei 2.6 Mpa, ließen folgendes erknnen: je niedriger der Schmelzpunkt des Fettes, desto größer die Menge an freiem Fett. Darüber hinaus wird die Elastizität und Schmelzbarkeit des Käses durch den Fettgehalt beeinflusst.

Starterkulturen und Lab

Pasta-Filata-Käse werden unter Verwendung von Lab, Starterkulturen und/oder organischen Säuren (z.B Zitropnensäure, Essigsäure, Milchsäure) hergestellt. Die Hauptfunktion der zugesetzten Starterbakterien ist die Fermentation der Milchzucker – Laktose – zu Glukose und Galaktose bzw. Milchsäure, um einen bestimmten pH-Wert eine Entmineralisierung der Kaseine zu erreichen. Bei der Zugabe von organischen Säuren wird einfach der pH Wert sofort heruntergesenkt bzw. die Entmineralisierung der Gallerte durchgeführt; der Laktosegehalt bleibt dabei unberührt, es sei denn, Milchsäurewecker werden mit zugegeben.

Für italienischen Mozzarella-Käse wird hauptsächlich Streptococcus thermophilus verwendet; beim Pizza-Käse werden sie in Kombination mit Lactobacillus bulgaricus oder Lactobacillus helveticus der Käsereimilch zugesetzt. Die genannten Laktobazillen ermöglichen ein rasches Erreichen des gewünschten pH-Wert für die anschließende hitzemechanische Bearbeitung des Bruches, sog. Filatura, auf die wir später kommen werden.

Die Verwendung von Streptococcus thermophilus allein führt zu einer schnelleren Milchsäurebildung, aber auch zu einer viel langsameren Proteolyse (Eiweißabbau) während der Stabilisierung (Lagerphase) von Pizza-Käse; wegen der Galaktose – negativen – Gärungseigenschaften dieser Mikroorganismen bleibt sie unvergoren, was zu Bräunung bei der weiteren Verarbeitung (Erhitzung, Schmelzen bei Pizza) führt. Thermophille Starter mit niedriger proteolytischer Aktivität führen zu einer guten Schmelzbarkeit.

Laktoseabbau und Kalziumentzug

Man muss festhalten, dass je niedriger der erreiche pH-Wert ist, desto mehr wird Milchsäure (aus dem Laktoseabbau) gebildet bzw. desto intensiver ist die Entmineralisieurung des Bruches. Die gebildete Milchsäure setzt Kalzium aus dem para-κ Kasein frei und bildet Kalziumlaktat, das aus den Bruchkörnern heraus in die Molle diffundiert; die Laktosekonzentration im Bruch verringert sich. Um das Gleichgewicht einzuhalten, geht mehr Laktose von der Molke (wo sie in Überschuss im Vergleich zu dem Bruchkorn steht) in die Bruchkörner hinüber. Da es viel mehr Bakterien im Bruch im Vergleich zur Molke gibt, setzt sich die Fermentation bzw. Entmineralisierung schneller fort, weil ständig Laktose aus der Molke zugeführ wird (Abb. 2).

Kunst und Können des Käses liegt darin, das Gleichgewicht (Laktoseabbau, Milchsäurebildung, pH-Absenkung, Entmineralisierung) mit entsprechenden Mitteln (z.B. Kulturenauswahl, Molkenentzug, Waschwasserzugabe, Kontaktzeit Molke-Wasser, Bruchkorngröße, usw.) bei der Bruchbereitung zu steuern, um auf die für diesen Käsetyp charakteristische Kalziumverteilung und somit Texter zu kommen. Denn ein Teil des kaseingebundenen Kalziumphosphats muss in die wässrige Phase (Molke, Serum) als Kalziumlaktat übergehen, damit die Käsemasse in einem weiteren Schritt (Filatura) richtig ausgedehnt werden kann.

Daher muss der Käser die eingelabte Milch richtig schneiden (=Bruchkorngröße) bzw. der Bruch richtig auskäsen, um den korrekten Wassergehalt im Endprodukt einzustellen. Mit der Wasser-(Molke)menge – bleibt in Gallerte und Bruchkorn der Restzucker, von dem die weitere Fermentation und der pH-Verlauf und somit der Kalziumgehalt abhängen.

Verwendung von organischen Säuren (direkt Ansäuerung)

Wie vorher erwähnt wird eine direkte Ansäuerung der Milch mit organischen Säuren (z.B. Zitronensäure) in der Praxis auch durchgeführt. Dabei wird der pH-Wert der Milch durch Zugabe von Säure zu der kalten Milch oder zur Kesselmich bei der Gerinnungstemperatur bis auf 5.7-5.9 gesenkt. Zitronensäure bindet Kalzium und ermöglicht somit die anschließende Filatura. Auf die Weise kann man das Vorpressen reduzieren oder gar vermeiden, was zu schnelleren Produktionszeiten führt.

Der Grund, warum man die so hergestellten Masdsen zur Filatura bringen kann, liegt darin, dass das Verhältnis von kolloidalem und löslichem Kalzium zu Kaseinen oder Proteinen das Richtige ist und vergleichbar mit dem von Käsen, die den traditionellen Laktoseabbau und Milchsäurebildung mit Startern durchgezogen haben. Die Abbildung 3 zeigt die Veränderungen in der Kalziumkonzentration in Abhängigkeit des pH-Wertes von verschiedenen Käsen.

Forschungsarbeiten von Dr. Guinee in Irland haben dies eindeutig belegt: in direkt angesäuerten Käsen (pH 5.6 bis 5.9) wurden Kalzium-Konzentrationen von ca. 18 mg/g Protein bzw. ca. 14.5 mg mizellaren Ca/g Protein ermittelt; solche Werte sind vergleichbar mit denen bei pH ~5.15 (Laktoseabbau durch Startern), von ca. 28 mg Ca/g Protein bzw. <16.5 mg mizellaren Ca/g Protein. Die Texturisierung oder Filatura der Käsemasse kann nun korrekt erfolgen; die interaktiven Effekte von Gesamtkalzium und das Verhältnis von löslichem zu kolloidalem Kalzium auf die para-κ asein Hydratisierung sind dafür verantwortlich.

Man kann hier noch hinzufügen, dass für Käse mit vergleichbarem pH-Wert und Kalziumkonzentration die Ansäuerungsmethode einen sehr geringen Einfluss auf die Zusammensetzung, Mikrostruktur und rheologischen Eigenschften hat.

Kaseinzustand (Hydratisierung, pH, Kalzium)

Es ist seit Langer Zeit bekannt, dass mit abnehmendem pH-Wert, und zwar in dem pH-Bereich 6.6 bis etwa 5.2, die Hydratisierung der Kaseine zunimmt. Dieser ist der pH-Bereich, wo man die Säuerung der Milch für die Pasta-Filata-Herstellung steuert. (Interessant ist hier anzumerken, dass ab dem pH-Wert ~5.2 das gesamte lolloidale Phosphat aus den Kaseinmizellen löslich vorliegt). Diese Hydrathülle, die kolloid-chemisch eine wichtige Rolle in der Stabilität der Kaseine spielt, ist sehr wichtig für den weiteren Prozessschritt der Filatura, wie wir demnächst erklären werden.

Je mehr Kalzium von der kolloidalen in der löslichen Form übergeht, desto größer die Hydratatisierung des Kaseins (bis pH ~5,2). Die Landungsneutralisierung ist dafür verantwortlich, dass die Hydratatisierung der Kaseine zurückget bzw. hydrophobene Kräfte zur Geltung kommen und die Aggregation zunimmt, was die spätere Texturisierung negativ beeinflusst oder dar total verhindert. Hier sieht man nochmals die Bedeutung des pH-Wertes bzw. korrekte Entmineralisierung des Bruches für die erfolgreiche Herstellung des Pasta-Filata-Käses.   

Koagulant (Lab)

Wie bei den meisten Käsen bei der Pasta-Filata-Herstellung wird Lab verwendet, um die Milch zur Gerinnung zu bringen. Das Kälberlab Chymosin wird aufgrund seiner spezifischen proteolytischen Aktivität auf die κ-Kaseine bevorzugt. Andere Labsorten erhöhen die proteolytische Aktivität in der Käsemasse, was sich negativa uf Geschmack und Textureigenschaften auswirken kann. Wenn die Ansäuerung der Milch mit organischen Säuren durchgeführt wird, erfolgt die Gerinnung in Anschluss an die Ansäuerung, was in einer größeren Zurückhaltung von Chymosin in dem Bruch bzw. einer schnelleren Hydrolyse des α-S1 Kasein resuliert. Die Proteolyse in Pasta-Filata-Käse solte eher niedrig sein. Die Schmelzbarkeit von Pasta Filata nimmt mit zunehmender Lagerung zu und korreliert mit der sekundären Proteolyse.

Der Käse hat Einfluss auf bestimmte Produktionsschritte, um die Aktivität des zurückgehaltenen Labes zu steuern, wir z.B. Labsorte (wegen thermischer Empfindlichkeit und proteolytischer Aktivität), Labstärke, Brenntemperatur, Texturisierung, Heizhaltezeit usw. Die Proteolyse in Käse wird einfach als der Eiweißabbau in die Breite und in die Tiefe definiert. Eiweißabbau in Breite, auch als Primärhydrolyse bezeichnet, wird vor allem durch das Lab und Plasmin (milcheigenes Enzym) verursacht; dabei werden die großen Polypeptidketten der Proteine zu etwas kleineren Peptiden gespalten. Die Hydrolyse der αS1 Kaseine erfolgt schneller als die von β-Kasein (Weil Chymosin eine niedrige proteolytische Aktivität gegenüber β-Kasein hat). Plasmin spaltet die β-Kaseine auf. Die Brenntemperatur spielt hier eine wichtige Rolle. Solch primärer Abbau kann durch die Bestimmung des bei pH 4.6 löslichen Stickstoffs erfasst werden.

Der Eiweiβabbau in die Tiefe – sekundäre Proteolyse – wird durch die Tätgkeit der vorhanderen Mikroflora (Bakterien) auf die gespaltenen Peptide bzw. ihre Verwandlung zu niedermolekularen Substanzen, insbesondere Aminosäuren bestimmt, die nach Fällung der Eiweiβkörper mit 12%iger Trichloressigsäure im Filtrat erfasst werden. Das Verhältnis des jeweils erfassten Stickstoffs (pH 4.6 bzw. 12% TCA) zu dem gesamt Stickstoff stellt den Eiweiβabbau in die Breite (pH 4.6-N/Gesamt-N) bzw. in die Tiefe (12%TCA-N/Gesamt-N) dar.

Die Breite der Proteolyse während der Lagerung und »Shelf Life« von Pasta-Filata-Käse ist der Labmenge proportional. Beide besprochene Indikatoren sind sehr hilfreich, um Veränderugen in z.B. Rohmaterialien und Prozessschritte in der Käsequalität und Funktionalität zu charakterisieren. Käse mit geringerem Fettgehalt haben eine langsamere Proteolyse, Weil das Verhältnis von Wasser zu der fettfreien Käsemasse auch gering ist. Im Allgemeinen, Käse, hergestellt mit einer höheren Menge an Lab, weisen eine höhere Schmelzbarkeit auf. Dasselbe gilt für den Fettgehalt.

Fortsetzung folgt 

[1] WOLFSCHOON, A. Pasta Filata und Mozzarella – Teil I. Auss Technik Und Wissenschaft, v. 22, n. 15, p. 22-25, 2006.